松遼盆地西部斜坡區(qū)上二疊統(tǒng)林西組生烴潛力評價
——來自吉白地2井的證據(jù)

孫 雷，陳樹旺，張 健，蘇 飛，卞雄飛，張海華

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034

0 引言

松遼盆地是中國東部大型的中生代陸相含油氣盆地，盆地基底由石炭系—二疊系沉積巖、極低變質(zhì)巖及不同時期的侵入巖體組成.隨著近幾年深層天然氣勘探的深入，在盆地內(nèi)的二疊系中發(fā)現(xiàn)了油氣顯示，并在花崗巖風(fēng)化殼和二疊系淺變質(zhì)巖中獲得工業(yè)氣流，揭示了石炭系—二疊系是值得關(guān)注的勘探領(lǐng)域［1-2］.為了進一步加強松遼盆地西部斜坡區(qū)深部石炭系—二疊系油氣勘探，中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心在松遼盆地西部斜坡區(qū)中部白城－豐收鎮(zhèn)地區(qū)部署了一系列重磁電震工程，發(fā)現(xiàn)在火山巖高阻之下存在明顯的低阻層，推測其為石炭系—二疊系（圖1），其頂面最大埋深約為6 000 m，一般為3 000 m左右，其中西南部埋深相對較淺，為1 800～2 200 m［3］.據(jù)此在松遼盆地西部斜坡區(qū)中部部署實施了吉白地2井，并首次在該區(qū)廣泛發(fā)育的厚層火山巖之下鉆遇二疊系暗色泥頁巖.為此，本文對吉白地2井暗色泥巖巖心樣品進行系統(tǒng)的測試分析，以期查明該地區(qū)石炭系—二疊系的生烴潛力，為研究區(qū)深層油氣勘探提供科學(xué)依據(jù).

圖1 松遼盆地西部斜坡區(qū)上古生界物探預(yù)測圖Fig.1 Prediction map of Upper Paleozoic distribution in western slope of Songliao Basin by geophysical prospecting

1 地質(zhì)概況

松遼盆地西部斜坡區(qū)位于吉林省西部的白城一帶，其西側(cè)與大興安嶺隆起帶東部毗鄰，北部、南部、東部分別與松遼盆地的北部傾沒區(qū)、西南隆起區(qū)、中央凹陷區(qū)相鄰.區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系巖性以黑色泥板巖、變余砂巖和結(jié)晶灰?guī)r為主，夾有不同時期的花崗巖侵入體以及少量變質(zhì)砂巖、蝕變安山巖、千枚巖等［1-2］.

吉白地2井位于松遼盆地西部斜坡中部吉林省大安市龍沼鎮(zhèn)境內(nèi)（圖1），完鉆井深2 284.4 m.依據(jù)鉆孔巖石組合與鄰區(qū)鉆孔、露頭剖面對比［4-7］，通過井震對比以及侵入體鋯石U－Pb年齡綜合分析，將吉白地2井所鉆遇地層自上而下劃分為：第四系（Q，0～45 m），上新統(tǒng)泰康組（N2t，45～135 m），中新統(tǒng)大安組（N1d，135～215 m），上白堊統(tǒng)明水組（K2m，215～504 m）、四方臺組（K2s，504～604 m）、嫩江組（K2n，604～814 m）、姚家組（K2y，814～930 m）、青山口組（K2qn，930～1 118 m），下白堊統(tǒng)泉頭組（K1q，1 118～1 496 m）、營城組（K1y，1 496～1 872 m），上二疊統(tǒng)林西組（P3l，1 872～2 284.4 m）.

圖2 吉白地2井中林西組暗色泥巖Fig.2 Dark mudstones of Linxi Formation from JBD-2 well

上二疊統(tǒng)林西組巖性主要為灰黑色泥巖、板巖及少量的灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖（圖2），其內(nèi)發(fā)育淺灰色石英二長斑巖、紅褐色細(xì)粒二長巖、灰白色花崗斑巖、淺肉紅色中細(xì)粒二長花崗巖、細(xì)粒斑狀花崗閃長巖等侵入體.

該井共鉆遇林西組（未鉆穿）17層暗色泥板巖，單層厚度大于3 m的泥板巖共計12層，最大單層厚度為29 m，累計厚度達138.42 m.本研究在吉白地2井上二疊統(tǒng)林西組1 872～2 252 m的井段內(nèi)采集了19件暗色泥板巖樣品，進行全面的有機地球化學(xué)分析，綜合評價其生烴潛力.

2 有機地球化學(xué)特征

2.1 有機質(zhì)豐度

本區(qū)有機質(zhì)熱演化程度較高，大部分可溶有機質(zhì)已經(jīng)裂解，并經(jīng)歷過大量生烴和排烴過程，其氯仿瀝青“A”和生烴潛量S1＋S2數(shù)值很低，已經(jīng)不能真實地反映有機質(zhì)豐度，不適用于本區(qū)演化程度較高的上二疊統(tǒng)林西組烴源巖評價［8-10］，因此采用有機碳（TOC）對林西組烴源巖有機質(zhì)豐度進行評價［11］.根據(jù)陸相烴源巖地球化學(xué)評價方法［12］，TOC＞2.0%的為極好烴源巖，1.0%＜TOC≤2.0%為好烴源巖，0.6%＜TOC≤1.0%為中等烴源巖，0.4%≤TOC≤0.6%為差烴源巖，TOC＜0.4%為非烴源巖.

吉白地2井林西組暗色泥巖、板巖TOC為0.01%～2.10%，平均為0.62%（表1）.其中，中等烴源巖占26.32%，好烴源巖占10.53%，極好烴源巖占10.53%（圖3）；暗色泥板巖TOC＞1.0%的好烴源巖共計2層，厚度分別19和16.26 m，共計35.26 m（表2）.整體屬于中等烴源巖的范疇，具有一定的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).

圖3 吉白地2井林西組烴源巖TOC分布圖Fig.3 TOC distribution of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

吉白地2井林西組有機碳在縱向上有明顯的變化趨勢，向上遠(yuǎn)離侵入巖體的烴源巖TOC含量逐漸升高（圖4）.有機質(zhì)豐度越高，說明烴源巖受巖漿熱液活動對其有機質(zhì)豐度產(chǎn)生一定的負(fù)相關(guān)作用影響.

表1 松遼盆地西部斜坡區(qū)吉白地2井林西組烴源巖地球化學(xué)測試分析數(shù)據(jù)表Table 1 Geochemical analysis data of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

表2 吉白地2井林西組烴源巖TOC＞1.0%厚度統(tǒng)計表Table 2 Thickness data of Linxi Formation source rocks with TOC＞1.0%in JBD-2 well

2.2 有機質(zhì)類型

評價有機質(zhì)類型有多種方法，本研究利用干酪根碳同位素、元素組成特征綜合評價林西組烴源巖有機質(zhì)類型.

2.2.1 干酪根碳同位素

影響干酪根碳同位素組成的主要因素是干酪根的類型，由此將干酪根碳同位素組成作為劃分陸相烴源巖干酪根類型的重要指標(biāo).腐泥型干酪根相對富集輕碳同位素12C，腐殖型干酪根相對富集重碳同位素13C.由于較輕的干酪根碳同位素組成一般反映較高的水生生物貢獻和較多的類脂化合物含量，表明其具有較好的有機質(zhì)類型.通常情況下，干酪根δ13C＜－28‰為Ⅰ型有機質(zhì)類型，δ13C＞－25.5‰為Ⅲ型有機質(zhì)類型，－28‰≤δ13C≤－25.5‰為Ⅱ型有機質(zhì)類型［11-13］.

從吉白地2井上二疊統(tǒng)林西組烴源巖碳同位素分布圖（圖5）來看，其有機質(zhì)類型中Ⅰ—Ⅲ型干酪根均有，但Ⅰ型較少.由于δ13C受熱演化程度影響較大，通常會有2‰～6‰的變重［14］.此外該區(qū)林西組烴源巖屬于熱演化程度較高的烴源巖［15］，因此所取得的δ13C的數(shù)值會有一定程度的變重，所以恢復(fù)后的吉白地2井林西組烴源巖有機質(zhì)類型應(yīng)以Ⅱ型干酪根為主，并有部分Ⅲ型干酪根.

圖4 松遼盆地西部斜坡區(qū)吉白地2井林西組烴源巖綜合評價柱狀圖Fig.4 Comprehensive column of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

2.2.2 干酪根元素法

圖5 吉白地2井林西組烴源巖干酪根δ13C值與有機質(zhì)類型關(guān)系圖Fig.5 Relation betweenδ13C values of kerogen and organic matter types of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

干酪根元素法（范式圖）確定干酪根的類型，是蒂索等［16］利用類型和成熟度不同的干酪根在范式圖上有不同分布位置提出的.從吉白地2井林西組烴源巖干酪根元素法（范式圖）判別圖（圖6）來看，其烴源巖有機質(zhì)類型為Ⅱ、Ⅲ型干酪根.由于高演化的烴源巖隨著H、O的消耗，會逐漸向高碳化特征演化，利用H/C和O/C變化判斷原始有機質(zhì)類型變得困難.

圖6 吉白地2井林西組烴源巖H/C與O/C相關(guān)圖Fig.6 Correlation between H/C and O/C of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

綜合干酪根碳同位素組成與干酪根元素法判別林西組烴源巖有機質(zhì)類型，林西組烴源巖有機質(zhì)類型應(yīng)以Ⅱ型干酪根為主，部分為Ⅲ型干酪根.

2.3 有機質(zhì)成熟度

反映有機質(zhì)成熟度的參數(shù)很多，由于干酪根的鏡質(zhì)體反射率（Ro）隨熱演化程度的升高而穩(wěn)定增大，并具有相對廣泛、穩(wěn)定的可比性，Ro成為目前應(yīng)用最為廣泛、最為權(quán)威的成熟度指標(biāo)，是確定烴源巖有機質(zhì)成熟度的常用指標(biāo).而最高熱解峰溫（Tmax）、自生伊利石結(jié)晶度（KI）等可作為有機質(zhì)成熟度的輔助判識指標(biāo)［11］.

2.3.1 鏡質(zhì)體反射率

吉白地2井上二疊統(tǒng)林西組烴源巖的鏡質(zhì)體反射率為1.39%～4.13%，平均值為2.98%（表1），其中高成熟烴源巖占10%，過成熟早期烴源巖占30%，過成熟晚期烴源巖占60%，整體處于高成熟—過成熟熱演化階段（圖7）.

圖7 吉白地2井林西組烴源巖R o分布直方圖Fig.7 R o distribution histogram of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

從吉白地2井林西組縱向上的Ro值可以看出，Ro值隨深度的加深有變大的趨勢，表明成熟度隨著深度的加深有升高的趨勢.此外侵入體附近的烴源巖成熟度均較高（圖4），說明巖漿熱液活動對烴源巖成熟度有一定影響，后期侵入的巖體導(dǎo)致烴源巖成熟度有所增高.

2.3.2 最高熱解峰溫（Tmax）

吉白地2井林西組烴源巖的最高熱解峰溫（Tmax）為300～546℃（圖8）.根據(jù)陸相烴源巖地球化學(xué)評價方法［12］，其中Tmax＜435℃為11件，占比為58%，指示未成熟；435℃≤Tmax≤440℃為1件，占比5%，指示低成熟；440℃＜Tmax≤450℃為4件，占比21%，指示成熟；450℃＜Tmax≤580℃為3件，占比16%，指示高成熟.從測試分析結(jié)果來看，有機質(zhì)成熟度從未成熟—高成熟階段均有分布，由于部分樣品的熱解烴（S2）異常導(dǎo)致最高熱解峰溫（Tmax）值失真，總體上Tmax應(yīng)處于＞440℃的階段，指示成熟—高成熟階段.

2.3.3 伊利石結(jié)晶度

應(yīng)用伊利石結(jié)晶度（KI）等相關(guān)參數(shù)可以很好地指示出成巖階段，推出有機質(zhì)熱演化階段［17-19］.

圖8 吉白地2井林西組烴源巖T max分布圖Fig.8 T max distribution of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

對吉白地2井上二疊統(tǒng)林西組不同深度的5件暗色泥巖樣品進行了伊利石結(jié)晶度的測試（表3）.KI值（Δ2θ）為0.26～0.84°，平均值為0.536°，總體上表現(xiàn)為成巖作用階段.僅靠近花崗質(zhì)巖脈的個別樣品，KI值為0.26°，處于極低級變質(zhì)作用階段.

綜合研究認(rèn)為吉白地2井林西組熱演化程度高，整體處于高熟—過成熟熱演化階段，處于成巖作用階段，個別處于極低級的變質(zhì)作用階段.

表3 吉白地2井林西組烴源巖伊利石結(jié)晶度數(shù)據(jù)表Table 3 Illite crystallinity data of Linxi Formation source rocks in JBD-2 well

3 生烴潛力分析

從吉白地2井上二疊統(tǒng)林西組有機地球化學(xué)綜合柱狀圖（圖4）可知，林西組烴源巖較發(fā)育，主要為暗色泥巖，部分為板巖.由于吉白地2井未打穿林西組地層，且地層受多期巖體侵入較為嚴(yán)重，據(jù)此推測實際暗色泥巖沉積厚度可能更大.

吉白地2井部分烴源巖有機質(zhì)豐度較高，整體屬于中等烴源巖的范疇，具備一定的生烴物質(zhì)基礎(chǔ).有機質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主，部分為Ⅲ型干酪根.統(tǒng)計北美各頁巖氣盆地結(jié)果顯示，烴源巖干酪根類型以Ⅰ型、Ⅱ型為主，僅部分地區(qū)為Ⅲ型.腐殖型和腐泥型的泥頁巖中均可發(fā)育頁巖氣藏，不同干酪根類型的泥頁巖在一定的條件下都可生成大量的頁巖氣［20］.松遼盆地西部斜坡區(qū)的林西組烴源巖與北美地區(qū)的泥頁巖具有一定相似性.巖漿熱液活動對烴源巖成熟度有一定影響，其攜帶的高熱流可以提高古地溫，后期侵入巖體的烘烤作用導(dǎo)致烴源巖成熟度有所增高，整體處于高成熟—過成熟熱演化階段，具備生氣的條件.同時泥頁巖熱演化程度高，有利于次生孔隙的大量發(fā)育，為游離氣的賦存提供大量空間.

含氣量是頁巖氣資源潛力評價和有利區(qū)帶優(yōu)選的重要指標(biāo).樓任興等［21］對松遼盆地外圍索倫－林西地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組泥頁巖進行等溫吸附測試，其含氣量為1.22～1.91 cm3/g，相較于北美Michigan盆地Antrim頁巖的含氣量1.13～2.83 cm3/g以及Illinois盆地New Albany頁巖的含氣量1.13～2.26 cm3/g［22］，具有一定的可比性.說明松遼盆地及外圍地區(qū)林西組泥頁巖具有較好的生烴潛力，有利于頁巖氣的生成進而聚集成藏.

綜上分析，整體來看松遼盆地西部斜坡區(qū)上二疊統(tǒng)林西組烴源巖不僅有機質(zhì)豐度較高、干酪根類型有利，且成熟度較高，具備一定的生烴潛力，且以生氣為主，具有一定的頁巖氣資源勘探前景.但該區(qū)巖漿活動較為強烈，制約了頁巖氣大面積、高豐度富集，因此，尋找遠(yuǎn)離構(gòu)造－巖漿活動、變質(zhì)作用較微弱的有利區(qū)，是未來松遼盆地及外圍上古生界頁巖氣勘探的關(guān)鍵，有望實現(xiàn)頁巖氣調(diào)查與勘探突破.

4 結(jié)論

（1）松遼盆地西部斜坡區(qū)上二疊統(tǒng)林西組暗色泥巖發(fā)育，烴源巖層數(shù)較多，厚度較大，烴源巖有機質(zhì)豐度為中等，有機質(zhì)類型以Ⅱ型干酪根為主，部分為Ⅲ型干酪根，有機質(zhì)演化達到高成熟—過成熟階段，整體處于成巖作用階段.

（2）綜合分析認(rèn)為該區(qū)林西組烴源巖以生氣為主，具有一定頁巖氣資源前景.但該區(qū)巖漿活動較為強烈，制約了頁巖氣大面積、高豐度富集.因此，尋找遠(yuǎn)離構(gòu)造—巖漿活動、變質(zhì)作用較微弱的有利區(qū)，是未來松遼盆地及外圍上古生界頁巖氣勘探的關(guān)鍵，有望實現(xiàn)頁巖氣調(diào)查與勘探突破.